技术丨湿法回转窑内各反应带的划分及其反应

前言

回转窑的种类较多，不同类型的回转窑，由于窑内热力分布状况的不同，它们所具有的反应带分布亦有所不同，其间的传热、传质、动量传递及物理化学反应状况当然也有所不同。但在各种类型的窑系统中只有湿法窑在窑内承担了水泥熟料煅烧所有的物理化学反应任务。因此，湿法窑可以作为研究不同熟料煅烧过程的对比基础。各种不同窑系统内物料温度和气体温度以及各反应带划分的大致情况如下图所示。

回转窑内物料温度和气体温度以及各带划分的大致情况

回转窑内物料温度和气体温度以及各带划分的大致情况各反应带内生料的物理、化学反应过程如下。但是由于温度及反应速率的不同，其中许多反应带在边缘地区有相当一部分是交叉的。

一、干燥带

承担生料中水分的蒸发任务。反应温度100℃，实际上物料的温度大约在20~50℃进入窑系统，超过露点温度后，大约在75~150℃水分蒸发，反应式：H2O →H2O↑，反应吸热约2675KJ/Kg。

承担粘土质等原料中化学水的分解脱水任务。反应温度450℃，反应热很小。反应式：Al2O3 · 2SiO2 · H2O→Al2O3 +2SiO2 +H2O↑。

主要承担碳酸镁及碳酸钙的分解任务。耗热量：碳酸镁为815KJ/Kg· MgCO3 ，碳酸钙为1656KJ/Kg· CaCO3 。由于生料中碳酸钙含量多，故本带需热量是很大的。同时，在分解带中还伴有CA、CF、C2F、C5A3等过渡矿物形成(一般在湿法及传统干法窑内形成较多，而在悬浮预热和预分解系统内形成较少)。反应温度及反应式如下：

MgCO3→MgO+CO2↑(600~700℃)

CaCO3→CaO+CO2↑(650~900℃)

CaO+Al2O3→CaO·Al2O3(800℃)

CaO+Fe2O3→ CaO·Fe2O3(800℃)

CaO+CaO·Fe2O3→2CaO· Fe2O3(800℃)

3(CaO·Al2O3)+2CaO→5CaO·3Al2O3 (900~950℃)

主要承担固相反应任务，为放热反应。放热量：C2S形成放热602KJ/Kg·C2S，C4AF形成放热38KJ/kg· C4AF，C3A 形成放热109KJ/Kg· C3A (20℃时值)。本带上部为炽热火焰，下部物料反应放热，故物料升温很快。反应温度及反应式如下：

２CaO +SiO2→ ２CaO ·SiO2 (1000℃)

3(2CaO· Fe2O3 )+5CaO· 3Al2O3  +CaO→ 3(４CaO·Al2O3· Fe2O3 )(1200~1300℃)

5CaO· 3Al2O3 +4CaO → ３(3CaO·Al2O3)(1200~1300℃)

主要承担熟料中的主要矿物C3S的形成，f-CaO的吸收，完成熟料的最后烧成任务。在本带中由1280℃开始出现液相，直到1450℃ C3S大量形成，f-CaO 最后基本吸收，完成熟料的最后烧结过程，离开火焰高温区逐渐降温到1300℃左右进入冷却带。在该带1350~1450℃时液相量可达20％ ～30％，Al2O3 、Fe2O3及其他组分进入液相。C3S形成为放热反应，放热量为4471KJ/Kg· C3S。反应温度及反应式如下：

2CaO· SiO2 +CaO→３CaO·SiO2(1280~1450℃)

主要任务有三项：一是使熟料中的C3A、C4AF及少量C5A3重新结晶；二是使部分液相形成玻璃体；三是回收熟料中的热焓加热燃烧用空气。本带反应温度为1350~1200℃以下。由于新型篦冷机的出现，在预分解窑系统中，熟料的主要冷却任务已移到冷却机内进行。

作者：林宗寿

所属：《水泥“十万”个为什么》

来源：《水泥“十万”个为什么》

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